楊 鐵

（畢節(jié)市特種設(shè)備檢驗所，貴州 畢節(jié) 551700）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)化進程的不斷推進，起重機在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機作為一種新型起重機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點，受到了廣泛關(guān)注和研究。A.Gupta，S.K.Saha 和A.Kumar（2012）提出了一種基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機控制系統(tǒng)設(shè)計方法。該方法涉及運動控制和安全控制等方面的研究，旨在提高起重機的運行效率和安全性能。王輝等（2018）[1]提出了一種基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機設(shè)計方案。該方案采用了環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機的結(jié)構(gòu)，同時引入了RGV 技術(shù)，實現(xiàn)了起重機的橫向移動。通過仿真分析和實驗驗證，研究人員證明了該方案的可行性和效果。在該方案中，RGV 技術(shù)被用于實現(xiàn)起重機的橫向移動，從而可以在不改變起重機結(jié)構(gòu)的情況下，提高起重機的工作效率和精度。該方案還采用了模塊化設(shè)計，方便了起重機的維護和升級。本文以此為基礎(chǔ)，通過將RGV 的橫向移動和電梯的垂直升降功能相結(jié)合的方式，在狹小空間內(nèi)實現(xiàn)起重機的高效操作。

1 環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機的設(shè)計思路

1.1 將橫移轎廂進入環(huán)形橫移通道的過程與換向過程組合的設(shè)計方案

如圖1，在垂直循環(huán)井道與環(huán)形橫移通道的連接處設(shè)置轎廂緩沖區(qū)，確保橫移轎廂在進入通道前完成換向操作，并在緩沖區(qū)內(nèi)等待進行橫移動作[2]。這樣的設(shè)計方案有以下幾個關(guān)鍵考慮因素。

圖1 將橫移轎廂進入環(huán)形橫移通道的過程與換向過程組合

首先，緩沖區(qū)的長度和寬度需要根據(jù)橫移轎廂的尺寸和運行需求進行合理設(shè)計。緩沖區(qū)長度應(yīng)能容納橫移轎廂換向所需的距離，并留出足夠的空間供轎廂停留等待橫移操作。緩沖區(qū)的寬度應(yīng)與轎廂寬度相匹配，以確保轎廂能夠順利進入和停留在緩沖區(qū)內(nèi)。其次，在緩沖區(qū)設(shè)計中，需要考慮控制系統(tǒng)的設(shè)計。控制系統(tǒng)應(yīng)能夠準確控制橫移轎廂在緩沖區(qū)內(nèi)的位置和停留時間。

1.2 利用轉(zhuǎn)運轎廂運載橫移轎廂來實現(xiàn)電梯起重機的環(huán)形運行

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)運轎廂在環(huán)形橫移通道上的快速運行，需要在通道上鋪設(shè)軌道，并采用輪軌驅(qū)動技術(shù)。這種技術(shù)通過驅(qū)動裝置在軌道上運行的方式來推動轉(zhuǎn)運轎廂的運動[3]。驅(qū)動裝置位于轉(zhuǎn)運轎廂底部，采用單側(cè)驅(qū)動方式。如圖2 所示。

圖2 轉(zhuǎn)運轎廂運載橫移轎廂實現(xiàn)電梯起重機環(huán)形運行

圖3 基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯的調(diào)度策略

2 基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機的設(shè)計方法

2.1 基于直線電機的電梯起重機驅(qū)動設(shè)計

選擇適合的直線電機作為電梯起重機的驅(qū)動裝置。直線電機的選擇應(yīng)考慮其功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)，以滿足電梯起重機的運行需求。設(shè)計合適的電力系統(tǒng)，包括電源供應(yīng)、電纜布置、電流保護等。

位置控制計算式：

式中，x（t）表示時間t時刻的位置；x0表示初始位置，v（t）表示時間t時刻的速度。

速度調(diào)節(jié)計算式（2）：

式中，v（t）表示時間t時刻的速度；k表示速度調(diào)節(jié)系數(shù)；i（t）表示時間t時刻的直線電機電流。

采用先進的控制算法和傳感器技術(shù)，提高位置控制的精度和速度調(diào)節(jié)的靈活性。位置控制和速度調(diào)節(jié)是通過控制直線電機的電流大小和方向來實現(xiàn)的。

2.2 無繩提升安全保護設(shè)計

設(shè)計合適的無繩提升機構(gòu)，包括電機、減速器、傳動裝置等。無繩提升機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)強度、可靠性、安全性等因素，確保電梯起重機的穩(wěn)定和安全運行。

速度保護系統(tǒng)：

式中，vmax為電梯起重機的最大運行速度，amax為電梯起重機的最大加速度，h為電梯起重機的最大運行高度。

位移保護系統(tǒng)：

式中，dmax為電梯起重機的最大位移距離，amax為電梯起重機的最大加速度，tmax為電梯起重機的最大加速時間。

防墜保護系統(tǒng)：

式中，hmin為電梯起重機的最小垂直高度，g為重力加速度，tmin為電梯起重機的最小防墜時間。

2.3 多轎廂換向設(shè)計

（1）初始化：將所有轎廂的初始狀態(tài)設(shè)置為停止狀態(tài)，并記錄它們的當前位置和目標樓層。（2）轎廂選擇：根據(jù)當前的調(diào)度策略，選擇一個轎廂進行運行。常見的策略包括最短等待時間優(yōu)先、最小運行時間優(yōu)先等。（3）目標樓層選擇：根據(jù)當前的調(diào)度策略，為選中的轎廂選擇一個目標樓層。常見的策略包括最近目標樓層優(yōu)先、最遠目標樓層優(yōu)先等。（4）運行控制：根據(jù)選中的轎廂和目標樓層，計算出轎廂的運行方向和運行速度。同時，與其他轎廂進行通信，協(xié)調(diào)運行順序和換向時機，以避免碰撞和干擾。（5）運行更新：更新選中的轎廂的位置和狀態(tài)，并記錄當前運行的樓層和目標樓層。（6）循環(huán)迭代：重復(fù)執(zhí)行步驟（2）到步驟（5），直到所有的轎廂都到達其目標樓層并停止運行。

2.4 基于RGV 的環(huán)形驅(qū)動設(shè)計

基于RGV 設(shè)計的轉(zhuǎn)運轎廂驅(qū)動裝置采用直行穿梭車的工作方式，驅(qū)動裝置是該裝置的核心組成部分。其外側(cè)的電機直接驅(qū)動驅(qū)動輪，通過轉(zhuǎn)動驅(qū)動輪來實現(xiàn)轉(zhuǎn)運轎廂的運動。而從動輪則沒有直接的驅(qū)動功能，只起到從動作用，隨著驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動而被帶動。牽引支座連接著驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)運轎廂，將驅(qū)動力從驅(qū)動裝置傳遞到轉(zhuǎn)運轎廂上。通過牽引支座的作用，驅(qū)動裝置所產(chǎn)生的動力能夠有效地傳遞到轎廂，推動轎廂沿著環(huán)形軌道運動。

3 基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機的實驗驗證

3.1 基于RGV 的度電梯整體結(jié)構(gòu)

該電梯采用了一種創(chuàng)新設(shè)計，將一個井道中設(shè)置了多個可垂直循環(huán)運行的垂直載客轎廂和轉(zhuǎn)運轎廂。垂直載客轎廂負責垂直方向上的乘客運輸，其具有較高的載客量和運行效率，可以滿足大量乘客的需求；而轉(zhuǎn)運轎廂則專門用于承載RGV 轎廂，其結(jié)構(gòu)堅固，能夠快速、穩(wěn)定地運輸RGV 轎廂，確保其安全地到達目的地。垂直載客轎廂和轉(zhuǎn)運轎廂之間的運行是互不干擾的，可以同時進行，這極大地提高了電梯的運行效率和乘客的體驗。同時，該電梯還配備了一系列安全保護措施，如電梯轎廂的超載保護、運行速度的限制、緊急制動裝置等，確保乘客和設(shè)備的安全。

3.2 驗證結(jié)果

S1：垂直循環(huán)運行動作是指環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機的垂直轎廂進行上下運行的動作。垂直轎廂根據(jù)接收到的垂直呼梯指令，通過電梯系統(tǒng)控制，進行垂直運行操作。這個動作的實施是為了滿足乘客的垂直運輸需求。通過垂直循環(huán)運行，乘客可以方便地到達所需的樓層。

S2：停層動作是指垂直轎廂在到達目標層后進行停止的動作。一旦垂直轎廂到達乘客所選的目標層，它會自動停下來，以便乘客進出轎廂。這個動作的實施是為了確保乘客能夠在目標樓層安全地下車。

S3：乘客進入垂直轎廂后，垂直轎廂會進行關(guān)門動作，并清除已完成的垂直呼梯指令。關(guān)門動作確保乘客的安全，并且一旦關(guān)門，垂直轎廂就會準備好進行下一個呼梯任務(wù)。這個動作的實施是為了提供乘客進出轎廂的便利和安全。

S4：乘客進入橫移轎廂后，橫移轎廂會進行關(guān)門動作，并且乘客可以通過轎廂內(nèi)的選層按鈕選擇另一個井道內(nèi)的目標層。一旦乘客按下選層按鈕，橫移轎廂會清除已完成的橫移呼梯指令。這個動作的實施是為了讓乘客能夠選擇他們想要到達的目標樓層，并更新橫移指令。

S5：橫移轎廂到達當前井道緩沖區(qū)后進行停層動作，并等待緩沖區(qū)與轉(zhuǎn)運轎廂對接。一旦對接完成，橫移轎廂會清除已完成的環(huán)形橫移指令。這個動作的實施是為了確保橫移轎廂能夠平穩(wěn)地與轉(zhuǎn)運轎廂對接，以進行貨物的轉(zhuǎn)運。

S6：橫移轎廂到達目標井道緩沖區(qū)后進行停層動作，并等待垂直循環(huán)井道換向裝置的換向。一旦換向完成，指令會進行更新，即橫移轎廂的橫移指令會轉(zhuǎn)換為當前井道的垂直停層指令。這個動作的實施是為了確保橫移轎廂能夠順利進入目標井道，并根據(jù)換向裝置的操作進行相應(yīng)的指令更新。

橫移轎廂在進行橫移動作之前需要滿足特定的條件，而在橫移過程中會根據(jù)乘客的指令進行停層操作。本文設(shè)計的調(diào)度策略能夠給乘客提供順暢的運輸體驗，并確保橫移轎廂在轉(zhuǎn)運過程中能夠高效地滿足乘客的需求。

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)起重機在狹小空間內(nèi)操作不便、效率低下等，提出了一種基于RGV 的環(huán)形橫移式循環(huán)電梯起重機創(chuàng)新設(shè)計。該設(shè)計方案不僅能夠提高起重機的操作效率和靈活性，減少人力成本和占地面積，還能夠滿足狹小空間內(nèi)的起重需求。